鄭州市白廟水廠混凝沉淀除藻的研究

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簡介： 在我國的水廠中，藻類去除一直是一個比較重要的問題。通常采用加氯殺藻，但隨之帶來的是水質(zhì)的味覺超標(biāo)，特別是在原水高藻類爆發(fā)時(shí)，尤為嚴(yán)重。采用聚鐵硅酸鈉與高分子電解質(zhì)聯(lián)用的方法，強(qiáng)化混凝沉淀，在藻類爆發(fā)時(shí)，出廠水的味覺得到較好的改善。
關(guān)鍵字：除藻 混凝 沉淀

Study of Algae Removal by Coagulation and Precipitation in Zhengzhou Baimiao Potable Water Plant
YIN Wei-hong,SONG Xiang-yang,ZHANG Zhan-jun,SHI Dong-wen,SUN Zhong-ping 

　　Abstract:Algae removal has been a rather important issue in China‘s water plants.The usual solution for it is to kill algae by adding chlorine,which,however,results in the water taste being inferior to standard.This is even more serious when algae concentration becomes high suddenly in the raw water.The use of PFS linked with high-molecular poly-electrolyte to intensify coagulation and precipitation when algae reproduce vigorously has well improved the taste of the exit water from the water plant.
　　Key words:potable water;algae removal;coagulation;precipitation

引言

　　中國城市供水水源約四分之一為湖泊、水庫^[1]。隨著水體中污染的增加，湖泊、水庫的富營養(yǎng)化問題越來越嚴(yán)重，藻類的爆發(fā)也越來越頻繁。當(dāng)藻類爆發(fā)時(shí)，常規(guī)的飲用水處理工藝已很難給出合格的水質(zhì)，特別是飲用水的味覺。鄭州白廟水廠自1992年冬天開始，幾乎每年的冬末春初均會出現(xiàn)藻類爆發(fā)，最高時(shí)超過國標(biāo)27倍，原水中藻類的含量高達(dá)2700×10⁴個/L，有時(shí)為硅藻，有時(shí)為藍(lán)藻。導(dǎo)致出廠水出現(xiàn)明顯的魚腥味^[2]。藻類的大量繁殖，不但給飲用水帶來不良味覺，甚至某些藻類如藍(lán)藻會產(chǎn)生藻毒素^[3]。另外，藻類的代謝產(chǎn)物也是THM的前體物質(zhì)之一^[4]。
　　藻類屬于膠體類物質(zhì)，其直徑在6um左右^[5]。天然水中的膠體通常是帶電荷膠體，有關(guān)研究表明?鋁鹽或鐵鹽的水解物可壓縮藻類表面的負(fù)電荷雙電層^[4,6]，從而形成很強(qiáng)的聚合體。BERNHARDT等人^[6]的顯微鏡照片表明，當(dāng)采用鋁鹽或聚二烯丙基二甲基氯化銨混凝劑與陰離子聚丙烯酰胺連用時(shí)，鋁鹽或陽離子高分子混凝劑可在微藻之間吸附架橋，從而形成大的礬花被沉淀過濾。從這點(diǎn)上來說，藻類的去除率是可以通過強(qiáng)化混凝沉淀的工藝來提高的。鄭州市白廟水廠原水藻類爆發(fā)的特點(diǎn)通常是在冬末春初，水溫低，濁度低，由于碰撞幾率的下降和布郎運(yùn)動的減弱，更增加了處理難度。從1998年初到1999年底在鄭州市白廟水廠進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小試和生產(chǎn)性試驗(yàn)。在大量的調(diào)研基礎(chǔ)上，根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)和我國的實(shí)際情況，我們決定嘗試采用聚鐵和高分子聚合電解質(zhì)來強(qiáng)化混凝沉淀過濾來提高水中藻類的去除率。

1  實(shí)驗(yàn)室小試

1.1  儀器設(shè)備材料
　　混凝沉淀小試采用六聯(lián)攪拌機(jī)，由計(jì)算機(jī)自控轉(zhuǎn)速和時(shí)間。濁度的測定采用XR-比率濁度儀，PH值測定采用PHS-37C數(shù)字式PH儀?；炷齽┎捎镁坭F硅酸鈉或聚鐵，有機(jī)高分子混凝劑采用聚二烯丙基二甲基氯化銨（法國SNF公司）和10%水解度的陰離子聚丙烯酰胺作為絮凝劑。取1L水樣，加入不同品種不同量的混凝劑和絮凝劑。按照水廠現(xiàn)有的混凝反應(yīng)時(shí)間設(shè)置轉(zhuǎn)速和時(shí)間。靜沉30min后，取中間水樣測定濁度，然后根據(jù)中國科學(xué)院水生物研究所的藻類測定方法，將水樣培養(yǎng)24h后，顯微鏡檢并計(jì)數(shù)藻類含量。
1.2　試驗(yàn)結(jié)果
　　1998年3月藻類爆發(fā)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了高分子混凝劑去除藻類的試驗(yàn)。然后又將聚鐵和聚鐵硅酸鈉的除藻效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室對比。表1和表2的結(jié)果顯示，聚二烯丙基二甲基氯化銨對于藻類有明顯的去除效果，其除藻效率在94%，甚至可高達(dá)100%。

表1  濁度和藻類的去除率序號藥劑投加量處理水濁度去除率處理水藻類藻類去除率A-B-C濁度　/(mg.L^-1)/NTU/%/(10⁴個.L^-1)/%130-0-13.881.19--230-4-110.846.53--330-2-19.254.454.896.67460-0-12.786.6378.445.56560-2-16.468.328.094.44630-0-03.682.1856.061.11760-0-02.388.61--830-2-0.56.070.30未檢出100

　　 試驗(yàn)中觀測到聚二烯丙基二甲基氯化銨可有效地抑制藻類的再繁殖，這對抑制管網(wǎng)中的藻類繁殖將是十分有益的。試驗(yàn)結(jié)果表明藻類的去除與濁度的去除不呈正比關(guān)系。如3號和5號水樣，濁度去除率僅為54%和68%，但藻類去除率高達(dá)96%和94%；相反，4號和6號水樣，濁度去除率達(dá)86%和83%，但藻類去除率僅為45%和61%。

2  生產(chǎn)性試驗(yàn)

2.1  工藝流程 
　　白廟水廠工藝流程如圖１所示

2.2　生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果
　　在1999年春天的藻類爆發(fā)季節(jié)，期間的原水濁度在13NTU左右，原水藻類在1100×10^4個/L時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)化混凝過濾試驗(yàn)。為了盡量利用現(xiàn)有構(gòu)筑物，并使混凝劑和絮凝劑有較好的反應(yīng)條件，在不改動現(xiàn)有投藥點(diǎn)的情況下，我們將聚二烯丙基二甲基氯化銨與聚鐵硅酸鈉同時(shí)投加，而將陰離子高分子絮凝劑聚丙烯酰胺投加在反應(yīng)池的入口處。在生產(chǎn)性試驗(yàn)中，考慮到藥劑成本較高藥劑投加濃度比實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)有所降低，聚鐵硅酸鈉為17mg/L左右，聚二烯丙基二甲基氯化銨與陰離子高分子絮凝劑分別為0.5mg/L和0.2mg/L。藻類去除率見表2。

表2 藻類去除率試驗(yàn)結(jié)果一覽表日期原水藻類出廠水藻類去除率/(10⁴個.L^-1)/(10⁴個.L^-1)/%3.61203.2403.1666.493.7894.8266.4470.223.81179.2415.7264.743.91014.4274.6479.92

　　 圖2是沉淀池與濾池的濁度去除率。從濁度曲線看出，當(dāng)添加聚二烯丙基二甲基氯化銨與陰離子高分子絮凝劑時(shí)，沉淀池出水的濁度僅有略微改善，但濾池的截污率確明顯提高，這與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果相一致。

3  關(guān)于試驗(yàn)的幾點(diǎn)討論

3.1  強(qiáng)化混凝的作用
　　強(qiáng)化混凝可以有效地去除藻類。生產(chǎn)性研究表明，在1999年的藻類爆發(fā)時(shí)，由于加強(qiáng)了混凝沉淀過濾工藝，從而保證了出廠水的味覺指標(biāo)。飲用水的魚腥可能來自于兩個方面，一是由于藻類的代謝產(chǎn)物或代謝產(chǎn)物與加氯所至，二是水中的有機(jī)物與藻類的代謝產(chǎn)物聯(lián)合所至。加強(qiáng)混凝絮凝，不但去除水中的藻類，同時(shí)也去除水中的各類有機(jī)物，從而使飲用水中的味覺得到改善。
　　國外研究指出^[4]，強(qiáng)化混凝絮凝，并不能有效地提高藻類在沉淀池中的去除率，但能有效地提高其在濾池中的去除率。我們的生產(chǎn)性試驗(yàn)也很好地證明了這一點(diǎn)。
3.2  pH和預(yù)氯化對藻類去除率的影響
　　藻類的去除主要取決于PH值，堿度和預(yù)氯化幾個因素。低PH對于單純的混凝沉淀有利。比如，當(dāng)PH9.6，堿度700mg/L，鋁鹽的投加量為150mg/L時(shí)，其藻類去除率僅為30%；而當(dāng)PH5.8，堿度150mg/L，鋁鹽投加量為80mg/L時(shí)，藻類的去除率可高達(dá)90%。1～5mg/L的預(yù)氯化有助于藻類的去除。當(dāng)預(yù)加氯不足時(shí)，在現(xiàn)有水廠的工藝條件下，也能有效地去除藻類，其主要是形成微絮凝被濾池所過濾。但這會增加濾池的負(fù)荷，導(dǎo)致濾池反沖洗頻率提高。
3.3  水中有機(jī)物的影響
　　采用混凝沉淀去除藻類，與藻類的生長期有關(guān)，其最有效的去除率是在藻類的對數(shù)增長期接近于平穩(wěn)期時(shí)。另外混凝劑的投加量與藻類的含量成正比。而藻類爆發(fā)時(shí)，通常水中的有機(jī)物含量也較高，有機(jī)物也消耗混凝劑。水中溶解性有機(jī)碳DOC對于混凝劑的投加量有極大的影響，DOC高混凝劑投加量也高?；炷齽┩都恿康挠绊懸蛩貫榭傆袡C(jī)碳TOC＞溫度＞濁度。
　　本試驗(yàn)中，得到了鄭州市自來水總公司的大力支持，以及白廟水廠何英，楊曉靜女士對本試驗(yàn)所作的大量工作，在此我們表示衷心的感謝。

參考文獻(xiàn)?
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作者簡介：
　　尹衛(wèi)紅(1959-)，男，河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院付總工程師，研究方向：城市供水與污水處理，聯(lián)系電話：0371-6224794。